GPS卫星定位系统在危险品行业应用的前景

2012-04-12马亮

时代农机 2012年1期

马亮

(石家庄外国语职业学院，河北石家庄 052165)

随着国民经济的迅猛增长的同时，作为国民经济运转和城市运行所必须的重要工业产品、危险品（石油、天然气及其它危险品等）无论是在生产还是生活领域越来越被广泛的使用，而相关的运输是危险品流通过程中的重要环节，其流动性大、不易管理、一旦发事故具有较大危险性，频发的危化品运输事故说明,危化品运输环节的技术化监管仍存在重大的漏洞和不足。如发生在2005年三月底的淮安氯气泄漏惨剧造成死亡20多人，伤300多人，国内媒体频繁播报的高速公路、国道上发生的危险品运输车辆发生车祸危险品泄漏的新闻，这些都给特种运输行业敲响了警钟。如何对特种运输尤其是危险品运输车辆进行动态管理？一直是各地安全生产主管部门及危险品运输企业高度重视并亟待解决的问题。

1 GPS定位系统工作原理

GPS的工作原理简单地说是利用我们熟知的几何与物理上一些基本原理。首先我们假定卫星的位置为已知，而我们又能准确测定我们所在地点A至卫星之间的距离，那么A点一定是位于以卫星为中心、所测得距离为半径的圆球上。进一步，我们又测得点A至另一卫星的距离，则A点一定处在前后两个圆球相交的圆环上。我们还可测得与第三个卫星的距离，就可以确定A点只能是在三个圆球相交的两个点上。根据一些地理知识，可以很容易排除其中一个不合理的位置。当然也可以再测量A点至另一个卫星的距离，也能精确进行定位。事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，收到四颗则加上高程值这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。

以上所说，要实现精确定位，要解决两个问题：其一是要确知卫星的准确位置；其二是要准确测定卫星至地球上我们所在地点的距离。下面我们看看怎样来做到这点。

怎样确知卫星的准确位置，要确知卫星所处的准确位置。首先，要通过深思熟虑，优化设计卫星运行轨道，而且，要由监测站通过各种手段，连续不断监测卫星的运行状态，适时发送控制指令，使卫星保持在正确的运行轨道。将正确的运行轨迹编成星历，注入卫星，且经由卫星发送给GPS接收机。正确接收每个卫星的星历，就可确知卫星的准确位置。

要准确测定信号传播时间，要解决两方面的问题。一个是时间基准问题。时间基准问题 GPS系统在每颗卫星上装置有十分精密的原子钟，并由监测站经常进行校准。卫星发送导航信息，同时也发送精确时间信息。GPS接收机接收此信息，使与自身的时钟同步，就可获得准确的时间。所以，GPS接收机除了能准确定位之外，还可产生精确的时间信息。

原子钟虽然十分精确，但也不是一点误差也没有。GPS接收机中的时钟，不可能象在卫星上那样，设置昂贵的原子钟，所以就利用测定第四颗卫星，来校准GPS接收机的时钟。我们前面提到，每测量三颗卫星可以定位一个点。利用第四颗卫星和前面三颗卫星的组合，可以测得另一些点。理想情况下，所有测得的点，都应该重合。但实际上，并不完全重合。利用这一点，反过来可以校准GPS接收机的时钟。测定距离时选用卫星的相互几何位置，对测定的误差也不同。为了精确的定位，可以多测一些卫星，选取几何位置相距较远的卫星组合，测得误差要小。

2 实际应用中的特点

（1）实时监控的功能。实时监控危险品运输过程，车载嵌入式监控系统可实现多信息的实时监控，车载行驶记录终端按照预设时间间隔连续上报车辆的行驶状态和实时位置等信息，系统自动对信息进行处理和存贮，能够实时了解危险品车辆的行驶状态和运行环境，及时发现环境或人为问题，包括随意停车、无关搭乘等。

（2）运输过程信息查询。可随时查询危险品、剧毒化学品生产及运输企业的信息，涉及剧毒化学品管理的法律法规的发布及剧毒化学品名录。可查询托运单位名称、运输单位名称及运输路线，运输相关车辆和运输相关人员，运输剧毒化学品的名称、数量及相关公路运输通行证的有效期等。

（3）紧急事件的应急联动。包括事故现场的交通管制、事故现场周边人员疏散、事故的紧急救援等，相关信息可以实时发送到监控指挥中心，便于对事故的及时处理。

（4）运输结束后的信息处理。车辆到达运输目的地后，可通过有线/无线网络下载查询车辆行驶记录仪与录像文件资料。存贮的图像和数据信息能被打印、回放，以便于检查车辆运行轨迹和系统操作日志。

（5）运输全程定位监控。通过GIS/GPS地理信息/卫星定位系统，可以将定位信号输送到车辆监控调度中心。监控调度中心通过差分技术换算成位置信息，然后通过GIS将位置信号用地图语言显示出来，最终可通过服务中心实现车辆的定位导航、服务救援轨迹记录等功能。

（6）报警功能的实现。车载嵌入式主机具有报警输入接口，可以连接任何种常规的报警设备。当有报警发生时，报警信息即被远传到监控中心，在监控中心的GIS地图上该车辆对应的图标会不停闪烁，监控人员用鼠标点击该车辆对应的图标，该车辆的信息（如车牌号、行车路线等）和司机信息（如姓名、年龄、驾龄等）会自动显示出来；与该车辆对应的视频信号会通过GPRS或CDMA传输到监控中心，监控人员立即可以对该辆车进行远程监控。结合GPS和电子地图，警方可以立即了解到该车辆的位置，据此迅速出警。

3 运输车辆监控系统的组成

系统由三大部分组成：车载监控录像系统、数据传输系统(CDMA/GPRS/GPS)、中心控制管理系统。

（1）车载监控录像系统。车载监控系统安装在危险品运输车辆上，主要功能为车辆运行监控、录像及无线数据传输。本方案在危险品运输车上安装2～4个远红外彩色（或黑白）针孔摄像机，并分别安装在驾驶室及车尾，即使在没有任何光照的夜晚，也能保证看清现场情况。

由于危险品运输车辆处于移动状态，且温度、湿度变化很大，灰尘很多，工作环境恶劣，因此对数字录像机的要求更高。本方案车载嵌入式硬盘录像采用天津天地伟业公司生产的TC-2800AN系列车载嵌入式主机，该车载主机采用嵌入式RTOS操作系统，具有系统稳定，扩展功能强大等特点。机箱专业防震结构设计，多重保护硬盘；车速、行车路线、行车状态等与实时图像同步记录功能；超速报警功能，可以记录车速、转向、刹车停车时间等相关行车信息。录像资料采用H.264压缩方式存储，具有图像清晰，占用空间小，网络传输带宽占用小等诸多特点。

另外汽车用电设备比较多，电压变化幅度比较大，电磁干扰也比较强，这款车载嵌入式主机具有宽输入电压范围的电源。其输入电压在DC7V-30V的范围内，输出电压可保持不变，通过这个电源给监视器和摄像头供电，可使主机图像在汽车待机状态和行驶中都能保持清楚稳定，这样即可提高监视器和摄像头使用寿命又可得到始终稳定的图像。

（2）数据传输系统。除了本车监控和录像外，配合使用无线数字传送模块，本系统还能将车上的音视频相关行车信息通过GPRS或CDMA模块实时传输到监控中心，实现危险品运输车辆的远程音视频监控。

（3）中心监控管理系统。中央监控管理系统主要包括车辆监控管理服务器。其主要功能有：

接收存储：服务器接收并存危险品运输车上无线数字传送器传输过来的音视频图像和和车辆到达后行驶记录仪上相关信息。

司机和车辆管理：服务器通过下载录像机上的资料可以存储和管理危险品运输车辆和驾驶员的信息资料，包括司机姓名、年龄、驾驶记录、车牌号码、车型、所属单位等各种相关信息。这样在对危险品运输车辆进行实时监控时，可以随时调阅该车驾驶员的个人信息和驾驶记录。管理人员可以很方便地添加、修改、删除、查询这些资料。

另外管理人员可以通过多种途经，比如通过无线网桥、普通网络等将车载嵌入式主机上录制的音视频数据备份计算机上，通过集中备份和管理数台车载数字录像机的监控资料。对本项目来说，中心服务器提供的联网功能可以将分布在各地的服务器集中管理起来，对于备份到服务器上的录像资料来说，可以通过指定时间、车牌号码等条件来查询，甚至刻成DVD光盘随身携带。

系统还能通过使用GIS/GPS模块来实现电子地图的精确定位，并逐步实现全国电子地图的无缝覆盖，提供跨省运输的实时监控；中心控制室在显示危险品运输车辆音视频图像的同时，还能将车辆所在位置GPS定位信息在电子地图上显示出来，当车辆发生紧急事件时，便于相关部门迅速赶赴现场处理。